毕业设计（论文）-捷达轿车麦佛逊式前独立悬架设计及有限元分析.docx

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1、毕业设计（论文）设计（论文）题目:轿车麦佛逊式前独立悬架设计及有限元分析学生姓名:二级学院:班 级:提交日期:摘要IIIAbstract IV1绪论11.1 1悬架的功能11.2 悬架的组成11.3 悬架设计的基本要求32悬架结构分析41.2 1悬架的分类41.3 悬架结构形式的分析41.4 独立悬架的分类与比较51.5 悬架结构的选择83麦弗逊式独立悬架93.1 麦弗逊式独立悬架的组成93.2 麦弗逊式独立悬架的优缺点93.3 麦弗逊式独立悬架的应用 104悬架主要参数的确定113.4 1悬架静挠度113.5 2悬架动挠度123.6 3悬架的工作行程124.4 悬架的弹性特性125悬架主要零

2、件的设计145.1 螺旋弹簧的设计计算145.2 减振装置的设计计算175.3 导向机构的设计计算215.4 横向稳定杆的设计计算266麦弗逊式独立悬架设计图纸的绘制286.1 麦弗逊式独立悬架零件图的绘制 286.2 麦弗逊式独立悬架装配图的绘制 297麦弗逊式独立悬架零件的三维建模308麦弗逊式独立悬架三维零件的有限元分析 368.1有限元分析过程368. 2结论459设计总结46参考文献47致谢483轿车麦弗逊式前独立悬架设计及有限元分析摘要本文是针对捷达轿车前独立悬架的设计。首先，通过对不同独立悬架的结构进行比较分析，由此确定前悬架结构为麦弗逊式独立悬架。然后，对悬架的主要零件进行整体

3、的设计计算，重点介绍了弹性元件的设计校核、减振器的选型计算、导向机构和横向稳定杆的计算等设计过程。根据设计结果，对麦弗逊式独立悬架的零件图和装配图进行了二维图纸的绘制。同时，针对弹性元件螺旋弹簧进行了三维建模及有限元分析。关键词：麦弗逊式独立悬架；螺旋弹簧；有限元分析The design of McPherson front independent suspension andfinite element analysis on a carAbstractThis article is in view of designing the front independent suspension

4、of the Jetta car. Firstof all, through the analysis of the structure of different independent suspensions, I determinedthe front suspension is McPherson independent suspension. Then, 1 designed the main parts ofit. In this processs, I focused on the introduction of the design and check of the elasti

5、c element,the selection and calculation of the shock absorber, and the calculation of the guidingmechanism and horizontal stabilizer rod. According to the results, I drew the two-dimensiondrawings of the part and assembly of McPherson independent suspension. At the same time, Icarried out the three

6、dimensional modeling and finite element analysis which focused on thehelical spring.Keywords： McPherson independent suspension; Helical spring; Finite element analysis1.1悬架的功能1绪论悬架是汽车车架（或车身）与车轴（或车轮）之间一切传力连接装置的总称，通常悬架在汽车上的布置如图L1所示。图1.1悬架在汽车上的布置悬架的功能主要有：1）连接车架和车轴，并在车架和车轴之间传递一切作用力及力矩（包括反作用力和反力矩），保证汽车在道

7、路上的正常行驶。2）衰减并缓和不平路面对车身的振动及冲击，保证汽车道路行驶的平顺性，从而提高汽车的乘坐舒适性。3）对车轮相对车身的跳动起导向作用，保证汽车获得良好的操纵稳定性。悬架系统是现代汽车底盘上的重要总成之一，它在汽车上所起的主要功能是紧密相连的。为了迅速衰减缓和路面对车身的振动及冲击力，必须使悬架的刚度降低，但这样做又会降低整车的操纵稳定性。所以，必须找到二者之间的平衡点，既能保证优良的操纵稳定性，又使其具备良好的行驶平顺性。因此，悬架结构形式和性能参数的选择，将直接影响到汽车的行驶平顺性、操纵稳定性和乘坐舒适性。1.2 悬架的组成汽车悬架主要由弹性元件、减振装置、导向机构和横向稳定器

8、等组成（如图1.2所示）。5图1.2汽车悬架组成示意图弹性元件；2-纵向推力杆；3-减振器；4-横向稳定器；5-横向推力杆1.2.1 弹性元件弹性元件是悬架的最主要部件。悬架最根本的作用是减缓地面不平对车身造成的冲击，避免对车内乘员造成颠簸及伤害，同时尽可能降低货物破坏的可能性。弹性元件主要有钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、空气弹簧等常用类型。除了钢板弹簧自身有减振作用外，配备其它种类弹性元件的悬架必须配备减振元件，使已经发生振动的汽车尽快静止。钢板弹簧是汽车最早使用的弹性元件，由于存在诸多设计不足之处，现逐步被其它种类弹性元件所取代。本设计选择采用螺旋弹簧作为弹性元件。1.2.2 减振装置减振

9、装置主要起减振作用。为迅速衰减车身振动，保证汽车的行驶平顺性，在大多数汽车悬架内都装有减振器。减振器和弹性元件是并联安装的，如图1.3所示。图1.3含减振器的悬架简图车身；2-减振器；3-弹性原件；4-车轴汽车悬架系统中广泛采用液力减振器。液力减振器的作用原理是当车架与车桥作往复相对运动时，减振器中的活塞在缸筒内也作往复运动，则减振器壳体内的油液便反复地从一个内腔通过一些窄小的孔隙流入另一内腔。此时，孔壁与油液间的摩擦及液体分子内摩擦便形成对振动的阻尼力，使车身和车架的振动能量转化为热能，而被油液和减振器壳体所吸收，然后散到大气中。本设计选择双筒式液力减振器。1.2.3 导向机构导向机构由导向

10、杆系组成，用来决定车轮相对于车架（或车身）的运动特性，并传递除弹性元件传递的垂直力以外的各种力和力矩。车轮相对于车架和车身跳动时、车轮（特别是转向轮）的运动轨迹应符合一定的要求。因此，悬架中某些传力构件同时还承担着使车轮按一定轨迹相对于车架和车身跳动的任务，因而这些传力构件还起导向作用，故称导向机构。1.2.4 横向稳定器在多数轿车和客车上，为防止车身在转向行驶等情况下发生过大的横向倾斜，在悬架中还会设有辅助弹性元件一一横向稳定器。横向稳定器实际是一根近似U型的杆件，两端与车轮刚性连接，用来防止车身产生过大侧倾。其原理是当一侧车轮的车身位移比另外一侧大时，稳定杆开始承受扭矩，因其自身刚性会限制

11、这种倾斜，可有效防止因一侧车轮遇障碍物时产生的跳动。1.3 悬架设计的基本要求悬架是汽车上的重要总成之一，与汽车的多种使用性能有关，为满足这些性能，目前对悬架提出的设计要求主要有：1）保证汽车有良好的行驶平顺性。2）具有合适的衰减振动的能力。3）保证汽车具有良好的操纵稳定性。4）汽车制动或加速时，要保证车身稳定，减少车身纵倾，转弯时车身侧倾角要合适。5）有良好的隔声能力。6）结构紧凑、占用空间尺寸要小。7）可靠地传递车身与车轮之间的各种力和力矩，在满足零部件质量要小的同时，还要保证有足够的强度和寿命。3第2章 悬架结构分析2悬架结构分析2.1悬架的分类根据悬架导向机构形式的不同，悬架可分为两大

12、类：非独立悬架和独立悬架（如图2. 1所示）。2. 1. 1非独立悬架非独立悬架的结构特点是：两侧车轮由一根整体轴相连，再经过悬架连接在车架或车身下方。这种结构形式的悬架多用于大型客车、货车等，使用范围很广。b)图2.1悬架结构分类简图a）非独立悬架b）独立悬架2. 1.2独立悬架独立悬架的结构特点是：两侧车轮各自通过悬架连接在车架或车身下方，每个车轮都能独立上、下运动。独立悬架多用于轿车前、后悬架、轻型车及客车前悬架。2.2悬架结构形式的分析2.2.1 非独立悬架优缺点分析非独立悬架的优点：1）结构简单，容易制造且成本较低，具有可靠的工作性能，保养维修方便。2）左、右车轮跳动时相互牵连，轮胎

13、的定位变化量小，轮胎磨损小。非独立悬架的缺点：1）非簧载质量大，降低了平顺性。同时，车轮接地性变差，影响高速时的操纵稳定性。2）弹簧难以设计得较“软”。3）用于前轮时，受车轴跳动和车轮陀螺效应影响，车头易出现“跳摆”现象。2. 2. 2独立悬架优缺点分析独立悬架的优点：1）非簧载质量小，有利于行驶平顺性。同时，车轮接地性较好，有利于操纵稳定性。2）可用较软的弹簧，改善汽车平顺性。3）当用于转向轮时，由于左、右轮不连在一根轴上，可减小转向杆系的运动干涉，使“跳摆”现象不易发生。4）由于有效弹簧距等于轮距，有利于提高横向角钢度，减少侧倾。5）在不平路面上行驶时，容易获得较大的动行程，减少悬架“击穿

14、”的机率。独立悬架的缺点：1）结构更为复杂，制造的成本高。2）左、右车轮跳动时，因为车轮外倾角和轮距变化较大，轮胎磨损较大。2. 2. 3悬架结构方案的选择现代汽车针对悬架结构形式的不同，主要采用的设计方案有如下几种：1）前、后轮均采用独立悬架；2）前轮采用独立悬架，后轮采用非独立悬架；3）前、后轮均采用非独立悬架。由于本设计主要针对轿车前悬架展开设计，故选择采用独立悬架作为设计对象。2.3独立悬架的分类与比较独立悬架根据结构形式的不同，又可以分为双横臂式、单横臂式、双纵臂式、单纵臂式、单斜臂式、麦弗逊式和扭转梁随动臂式等几种类型。不同的独立悬架具有不同的结构特点，并且在基本特性上也存在各自的优劣。通常对于独立悬架的评价，主要从侧倾中心高度、车轮定位参数的变化、悬架侧倾角刚度、横向刚度、悬架占用的空间尺寸大小等评价指标出发，进行分析比较。72.3.1 双横臂式悬架结构形式分析结构如图2. 2所示:图2. 2双横臂式独立悬架结构简图特性：侧倾中心高度较低；车轮外倾角与主销内倾角均有变化；轮距变化小，故轮胎磨损速度慢；悬架侧倾角刚度较小，需要用横向稳定器；横向刚度大；空间尺寸大；结构稍复杂，前悬架用得较多。2. 3. 2单横臂式悬架结构形式分析结构如图2. 3所示:图2. 3单横臂式独立悬架结构简图特性：侧倾中心高度较高；车轮外倾角与主销内倾角变化大；轮距变化大，